钛合金表面高硬度微弧氧化膜的制备和耐磨性研究

摘要

目的在钛合金表面制备高硬度、高耐磨的微弧氧化膜,并研究其摩擦磨损性能。方法采用较高浓度的铝酸盐电解液在钛合金表面制备了微弧氧化膜,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD),对膜层的微观形貌和组成进行表征。采用辉光放电光谱仪(GDOES)分析膜层厚度方向的元素变化情况。利用显微硬度计测试膜层硬度,利用摩擦试验机测试膜层的摩擦磨损性能,并通过三维轮廓仪分析磨痕轮廓。结果膜层主要由Al2TiO5和γ-Al2O3相构成,有少量的金红石型TiO2相;随着铝酸盐浓度的增大,微弧氧化膜的表面形貌和元素分布更均匀、一致,内部的孔隙和微裂纹更少。膜层硬度较Ti6Al4V基材有大幅提升,且随铝酸盐浓度的增大而升高,最高可达1140HV。膜层在稳定摩擦阶段的摩擦系数介于0.55~0.65之间,随着铝酸盐浓度的升高,磨痕深度减小且磨损率降低。结论高浓度铝酸盐电解液中制备的微弧氧化膜具有较高的硬度,在滑动干摩擦条件下表现出优异的耐磨性。